火箭進(jìn)出振動(dòng)塔流程仿真研究

陳磊 張一 陶軍 劉永超 張佳琪

摘要：針對某新型運(yùn)載火箭全箭振動(dòng)模態(tài)試驗(yàn)，以DELMIA數(shù)字化仿真軟件為平臺，綜合運(yùn)用三維模型建立，流程仿真技術(shù)進(jìn)行了火箭進(jìn)出振動(dòng)塔流程的仿真分析，優(yōu)化了火箭進(jìn)出塔方案，對后續(xù)真實(shí)試驗(yàn)進(jìn)行了有利的支撐。

關(guān)鍵詞：運(yùn)載火箭;DELMIA;流程仿真

為確保運(yùn)載火箭安全可靠地運(yùn)行，運(yùn)載火箭全箭模態(tài)試驗(yàn)是型號研制過程中的重要流程。運(yùn)載火箭全箭模態(tài)精度直接影響到動(dòng)態(tài)載荷與環(huán)境條件，關(guān)系到整個(gè)運(yùn)載火箭結(jié)構(gòu)在飛行過程中的安全可靠性。同時(shí)結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)的精確性和可靠性決定了運(yùn)載火箭控制系統(tǒng)是否正常工作，這些參數(shù)的錯(cuò)誤會(huì)造成控制的失誤，使運(yùn)載火箭因無法飛行而失敗。因而運(yùn)載火箭研制過程對運(yùn)載火箭全箭模態(tài)試驗(yàn)技術(shù)提出極為苛刻的要求[1]。

運(yùn)載火箭全箭進(jìn)出振動(dòng)塔流程是一個(gè)非常復(fù)雜的過程。以往火箭進(jìn)出振動(dòng)塔流程主要是靠文字性試驗(yàn)方案，由于不直觀，在火箭進(jìn)出振動(dòng)塔流程中往往由于某些環(huán)節(jié)未考慮清楚出現(xiàn)工作反復(fù)問題，嚴(yán)重影響試驗(yàn)進(jìn)度。在某型號運(yùn)載火箭模態(tài)試驗(yàn)進(jìn)出振動(dòng)塔流程中，首次采用流程仿真技術(shù)進(jìn)行數(shù)字化全過程模擬，通過仿真將整個(gè)過程直觀、逼真地表現(xiàn)出來，對進(jìn)出塔方案進(jìn)行優(yōu)化，為后續(xù)運(yùn)載火箭進(jìn)出振動(dòng)塔過程提供了有利支持。

1 ?火箭進(jìn)出振動(dòng)塔流程

火箭進(jìn)出振動(dòng)塔是一個(gè)復(fù)雜的流程，從大的流程可以分為火箭進(jìn)入振動(dòng)塔和火箭出振動(dòng)塔。由于火箭出振動(dòng)塔可以看做是火箭進(jìn)入振動(dòng)塔的逆序，所以此項(xiàng)目更關(guān)注火箭進(jìn)入振動(dòng)塔流程。火箭進(jìn)入振動(dòng)塔流程從大的流程節(jié)點(diǎn)分為助推器1進(jìn)入振動(dòng)塔→助推器2進(jìn)去振動(dòng)塔→助推器3進(jìn)入振動(dòng)塔→助推器4進(jìn)入振動(dòng)塔→芯一級進(jìn)去振動(dòng)塔→芯二級進(jìn)去振動(dòng)塔→星罩組合體進(jìn)去振動(dòng)塔。

2 ?火箭進(jìn)出振動(dòng)塔數(shù)字化結(jié)構(gòu)建立

本項(xiàng)目用到的DELMIA模塊主要為機(jī)械設(shè)計(jì)（Mechanical）、曲面設(shè)計(jì)（Shape）、數(shù)字化裝配（Digtal Mockup，簡稱DMU）、DPM和人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)與分析（Ergonomics Design & Analysis，簡稱EDA）。

2.1 產(chǎn)品和資源的建立

產(chǎn)品集合和資源集合的建立都是通過機(jī)械設(shè)計(jì)和曲面設(shè)計(jì)（復(fù)雜曲線和曲面）建立。本項(xiàng)目通過是否需要運(yùn)動(dòng)來區(qū)分產(chǎn)品集合和資源集合，將運(yùn)動(dòng)的物體如火箭、運(yùn)輸車、升降平臺、工裝等作為產(chǎn)品，將不運(yùn)動(dòng)的物體比如廠房，塔體、操作者等作為資源。如圖1部分產(chǎn)品和資源（未渲染）

2.2 ?操作者建立

在做人機(jī)工效仿真前，首先要進(jìn)行的是數(shù)字化人體建模。DELMIA的EDA里自帶的有美國、加拿大、法國、日本和韓國這五國的人體模型，都有相應(yīng)的比例可進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，如圖2所示。

3 進(jìn)出振動(dòng)塔流程仿真工藝規(guī)劃

DPM是流程仿真的核心，試驗(yàn)的實(shí)施方案通過工藝規(guī)劃分解為各重要流程，流程又能細(xì)分為更小的流程。流程中應(yīng)考慮各資源包括工人在不同場景下應(yīng)該處于何種狀態(tài)，如何運(yùn)動(dòng)。

3.1 建立流程庫

建立流程庫的目的是將整個(gè)流程細(xì)分成多級多個(gè)節(jié)點(diǎn)，在對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)下制作對應(yīng)的流程，這樣便于管理，也便于后期對流程進(jìn)行修改。根據(jù)對仿真流程的分析，在DELMIA中建立流程庫。

3.2 管理PERT圖

在對應(yīng)的流程庫節(jié)點(diǎn)下制作流程時(shí)，還需要在PERT圖中定義流程的順序，如圖3所示。這樣才能保證流程的正常運(yùn)行。哪些步驟是順序進(jìn)行，哪些步驟是并行進(jìn)行，都需要在PERT圖中定義。

3.3 進(jìn)出塔流程仿真

對整個(gè)流程進(jìn)行仿真，可以直觀的看到流程中的問題，以下為火箭進(jìn)塔流程中的一些場景，如圖4。

圖5隱藏了墻體，表現(xiàn)了火箭進(jìn)入振動(dòng)塔后的狀態(tài)，這方便了操作者直觀的看到整個(gè)流程中各個(gè)產(chǎn)品的狀態(tài)。

4 ?總結(jié)與展望

數(shù)字化流程仿真應(yīng)用于火箭進(jìn)出振動(dòng)塔流程有十分重大的意義。通過數(shù)字化仿真手段將實(shí)施場景真實(shí)、直觀的展示在眼前，形象的展示了火箭進(jìn)出振動(dòng)塔的全過程。火箭進(jìn)出振動(dòng)塔試驗(yàn)方案制定人員和操作者可以直觀的對試驗(yàn)流程的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行直觀的交流和溝通，充分考慮各個(gè)環(huán)節(jié)流程的安全性、適宜性等，進(jìn)一步優(yōu)化方案。方案最終確定，流程仿真又可以指導(dǎo)操作者進(jìn)行具體工作的實(shí)施。數(shù)字化流程仿真對于復(fù)雜流程或者狹小空間作業(yè)問題有著先天的優(yōu)勢，對于復(fù)雜方案的驗(yàn)證和優(yōu)化有著廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]吳素春、賈文成、邱吉寶.載人運(yùn)載火箭全箭模態(tài)試驗(yàn).宇航學(xué)報(bào).第26卷 第5期.2005年9月：第531`534、570頁

作者簡介：陳磊（1984-），男，天津市漢沽區(qū)人，研究方向，數(shù)字化設(shè)計(jì)制造仿真與模擬和減振技術(shù).

（北京強(qiáng)度環(huán)境研究所 ?100076）